(57)【要約】【課題】ジョイスティック装置の操作部材の復帰位置近傍の微妙な動きがジョイスティック装置の出力とならないように不感帯を機構的に設けるとともに、それを簡易な構成で実現することにより、ジョイスティック装置の低価格化をはかる。【解決手段】本発明おける保持部材の傾斜検出手段を部品点数が少なく、組み立てが簡単となるように、丸棒状の弾性体、薄板および変位センサーで構成し、この丸棒状の弾性体に変形をもたらす保持部材との間に隙間を設けた。このように不感帯を機構的に作ったため、電気的な処理を施す必要がなく、安定した性能と、安価な装置を実現できる利点がある。【選択図】図１
2005157996.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多方向に傾斜操作可能に保持された操作部材と、その操作部材の傾斜に応じた出力をする傾斜検出手段と、前記操作部材を所定の位置に復帰させる復帰手段を備えるジョイスティック装置において、
前記傾斜検出手段は、前記操作部材の復帰位置における長手方向の軸心とほぼ一致する軸心を有し、その第１の端が固定され、第２の端が前記操作部材により曲げ変形される丸棒状の弾性体と、前記弾性体の中間部分に設置され、前記弾性体の長手方向と直交する方向に拡がる薄板と、前記弾性体の曲げ変形に伴う前記薄板の位置変化により出力が変化するように配置された複数の変位センサからなり、前記変位センサの出力より前記操作部材の傾斜方向と傾斜角を求めることを特徴とするジョイスティック装置
【請求項２】
前記操作部材の復帰位置を中心として１度〜２０度の傾斜角に対して前記傾斜検出手段における前記丸棒状の弾性体が曲げ変形を受けないように、前記丸棒状の弾性体の前記第２の端と前記操作部材の下部に設けられた穴部の間には隙間が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のジョイスティック装置
【請求項３】
前記丸棒状の弾性体の前記第２の端の外周、あるいは前記操作部材の下部に設けられた穴部の内周の一方あるいは双方にゴム状の高分子材料が被覆された状態で、前記丸棒状の弾性体の前記第２の端が前記操作部材の下部に設けられた穴部に隙間を有した状態で挿入されていることを特徴とする請求項１、請求項２に記載のジョイスティック装置
【請求項４】
前記変位センサーは、光学センサーであることを特徴とする請求項１に記載のジョイスティック装置
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  この発明は、操作部材を多方向に傾斜操作することにより、その方向と傾斜量に応じた信号を発生するジョイスティック装置に関する。
【背景技術】
【０００２】  工場内での搬送機器、無線操作機器、電動車椅子等の操作用装置に使用されるジョイスティック装置に必要な基本的な機能は、人間がジョイスティック装置の操作部材を前後、左右を始めとする２次元方向に傾斜させた場合に、傾斜の方向と傾斜量に応じた電気的な出力をすることである。このような単純な機能と応用範囲の広さのため数多くの特許類が出願されている。ちなみに特許庁の特許電子図書館、特許公開公報、フロントページ検索にて“ジョイスティック”のキーワードで検索すると６７０件余りが検索される。【０００３】  従来の代表的なジョイスティック装置は、人間の手が触れる操作部材と電気信号に変換する検出手段の間の連結部材に関して、第１の連動部材に第２の連動部材が直角に交差挿入され、これら第１、第２の連動部材がそれぞれある角度範囲内で回動できるようにされ、この第１、第２の連動部材に操作部材を挿通して、操作部材を傾斜させるとその傾斜方向と傾斜量に応じて、第１、第２の連動部材の何れか一方または双方が連動回動し、その第１、第２の連動部材の回道量を検出手段により検出する装置が提案されている。（特許文献１参照）【０００４】  しかし、ここで開示されるジョイスティック装置の構造は操作部材と、第１、第２の連動部材を連動させるために複雑な構造と精度の高い部品を必要とし、結果として高価な装置になる欠点を有している。【０００５】  また、別のジョイスティック装置は、操作部材の下部に反射板を取付け、更にその下方部分に空間を隔てて発光ダイオードと４つの受光素子を配置し、発光ダイオードから出射され、反射板で反射された光を４つの受光素子で検知し、各受光素子が受ける光の強度より操作部材の傾斜方向と傾斜量を検知するものである。（特許文献２参照）【０００６】  上記公報で開示されるジョイスティック装置は極めて単純な構造であるが、操作部材と反射板は一体で結合されているため、操作部材の手の震え等による微妙な動きは各受光素子の出力に影響を与える結果となる。従って電動車椅子等の操作用装置にこのジョイスティック装置を適用する場合には、操作部材の微妙な動きを電動車椅子の駆動モータ等に伝えないように、電気的な工夫による不感帯を設ける必要が生ずる。【０００７】  不感帯を設ける方法には機構的に設ける方法と電気的に設ける方法がある。一般に、後者の方が機構構成が簡単な上、電気信号に対しては信号処理がし易いのでこちらの方法がとられる。先と同様に、“ジョイスティック”と“不感帯”を論理積の形で検索すると６件の出力が得られるが、いずれも不感帯は信号処理によるものであり、機構的に設けた例はない。しかし、機構的に設けたほうが、任意な不感帯の幅を実現し易く、かつ安定した性能と安価な装置が得られる利点がある。【０００８】
【特許文献１】特開２００２−１０８４７２号公報
【特許文献２】特開平６−５９７３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】  ジョイスティック装置の操作部材の復帰位置近傍の微妙な動きがジョイスティック装置の出力とならないように不感帯を機構的に設けるようにするとともに、それを簡易な構成で実現することにより、ジョイスティック装置の低価格化をはかる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】  ジョイスティック装置を多方向に傾斜操作可能に保持された操作部材と、その操作部材の傾斜に応じた出力をする傾斜検出手段と、前記操作部材を所定の位置に復帰させる復帰手段で構成し、操作部材と傾斜検出手段の間に遊び、あるいは隙間を設けることにより、操作部材の復帰位置近傍の微妙な動きを傾斜検出手段に伝達されないようにした。特に傾斜検出手段はピアノ線等の丸棒状の弾性体と、その弾性体の長手方向の中間部分に設置された、長手方向と垂直な面をなす薄板と、弾性体の曲げ変形に伴って動く薄板の動きを検知する変位センサーで構成し、構成部品の簡易化を図った。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】    図１は本発明の実施例を示す斜視図である。操作部材１、傾斜検出手段３および復帰手段５が主要な構成部品である。操作部材１は丸棒状部品であり、その一部はロッドエンドベアリング等の商品名で呼ばれる球面軸受け７に挿入され、中心軸１１の回り、任意な方向に傾斜操作可能になっている。なお、球面軸受け７の根元はジョイスティック装置の筐体の一部をなす側板１３に固定されている。また、中心軸１１は説明のために設けた座標系であり、実体ではない。【００１２】  復帰手段５は、復帰用ばね１５、復帰リング１７等から構成される。それらの働きについては、特開２００２−１０８４７２号公報等に記述されているのでここでは省略するが、操作部材１をいかなる方向に傾斜させても外力を無くせば、中心軸１１の近傍まで復帰させる働きをする。【００１３】  傾斜検出手段３の主要な部品は、丸棒状の弾性体１９、薄板２１および変位センサ２３である。丸棒状の弾性体１９の長手方向の中心軸は中心軸１１とほぼ一致するようにその下方向の端部はジョイスティック装置の筐体の一部をなす底板２５に固定されている。一方、他端は自由となっており、操作部材１の端部より力を受けて、曲げ変形するようになっているが、これに関しては後述する。【００１４】  丸棒状の弾性体１９の中間部分には薄い金属板等からなる薄板２１が設けられている。薄板２１の面は弾性体１９の長手方向の中心軸と垂直をなすようにボス２７等を介して固定される。【００１５】  図２は操作部材１と丸棒状の弾性体１９の関係を説明するための図である。
操作部材１の下方向の端部には、軸方向に同心状態に穴２９が空けられており、その穴２９に丸棒状の弾性体１９の自由端３１が入り込んでいる。操作部材１が復帰位置にある場合には、弾性体１９の端部は穴２９の側面と接触しないように両者の間には隙間３３があり、また、操作部材１が球面軸受けの中心９を中心に１度〜２０度傾くと弾性体１９の端部は穴２９の側面と接触し、それ以上の傾きでは丸棒状の弾性体１９は曲げ変形を受けるように、丸棒状の弾性体１９の軸径と穴２９の穴径は決められている。【００１６】  図３は、上記の隙間３３のため、操作部材１が多少傾いても、丸棒状の弾性体１９は変形を受けないことを示している。【００１７】  図４は、更に操作部材１が傾いた場合に初めて丸棒状の弾性体１９は曲げ変形を受けることを示している。【００１８】  図５は丸棒状の弾性体１９が曲げ変形を受ける場合の、薄板２１と変位センサ２３の位置関係を示したものである。ここで使用される変位センサー２３は、発光素子３５と受光素子３７を対向させて配置したいわゆる透過型の光学センサーであり、発光素子３５から受光素子３７に向かう光の一部を遮ると、受光素子３７の電気的な出力が変化することを利用した変位センサーである。さて、図５に示すように、丸棒状の弾性体１９が曲げ変形に伴って、薄板２１は左右方向の位置を変える。この位置変化に伴って傾きも生ずるが、位置変化と傾きは独立でないので、曲げ変形量と受光素子３７の出力は一対一に対応することになる。すなわち、受光素子３７の出力を観察すれば、丸棒状の弾性体１９の曲げ変形の量、従って、操作部材１の傾き量がわかることになる。ただし、薄板２１の左右方向の位置変化および傾き変化により、変位センサー２３と接触しないように、丸棒状の弾性体１９の曲げ変形の量を調整する必要がある。この調整は、例えば保持部材１の傾き量を機械的なストッパーにより制限する等により実現される。【００１９】  また、変位センサー２３は、薄板２１の２次元方向の変化を観察できるように、２個設けているので、それらの出力より、操作部材１の傾き方向もわかることになる。【００２０】  以上の説明における操作部材１と丸棒状の弾性体１９は金属で製作するのが一般的である。この場合、操作部材１の穴２９と丸棒状の弾性体１９の自由端３１は金属同士の接触となるので、操作部材１を急激に変化させると、丸棒状の弾性体１９は振動を発生する懸念、すなわち変位センサー２３の出力が振動的になる懸念が生ずる。これを防止する工夫を図６と図７で説明する。【００２１】  図６は、穴２９の内周にプラスティックやゴム等の高分子材料を貼り付け、緩衝効果を持たせたものである。【００２２】  図７は、自由端３１の外周にプラスティックやゴム等の高分子材料を貼り付け、緩衝効果を持たせたものである。同時に両方に緩衝効果を持たせてもよい。以上のように、緩衝材を設けることにより、急激な接触でも振動的にならず、安定した電気信号が得られる。【００２３】  以上の説明における変位センサーは透過型の光学センサーで説明したが、これに限定されるものでなく、反射型の光学センサーでも、また静電容量型、渦電流型等の変位センサーであっても、いっこうに構わない。ただ��、薄板２１の材料は変位センサーの種類によって選択必要がある。すなわち、透過型の光学センサーの場合は遮光性のある金属板でもプラスティック板でもよいが、静電容量型の変位センサーの場合は静電気を自由に流せる金属板である必要がある等である。【００２４】  また、以上の説明では光学センサーを直角方向に２個配置した場合で説明したが、これに限定されるものでない。例えば、各センサーに対向するように２個追加配置すれば、差動出力型に構成できるために、温度特性に優れた、ジョイスティック装置を実現できる。【００２５】  また、穴２９は操作部材１の下部に設けたが、これに限定されること無く、目的を達せられれば、いかなる形状であってもよい。例えば、穴を設けた別の部材を操作部材１の下端部付近にねじ等で固着してもよい。【００２６】  また、以上の説明では、操作部材は商品名ロッドエンドベアリング等の球面軸受けで支持されると説明したが、丸棒状の操作部材を所定の中心軸を中心に丸棒の下端付近でおおよそ６０度以下の範囲内で任意な方向に傾かせられる機械要素であれば、これに限定されるものではなく、ジンバル機構であってもよい。
【発明の効果】
【００２７】  本発明のジョイスティック装置における傾斜検出手段は丸棒状の弾性体、薄板および変位センサーを構成要素とする簡単な機構構成であり、部品点数が少なく、組み立てが簡単であるため、安価に実現できる利点がある。また、丸棒状の弾性体に曲げ変形をもたらす際、変形をもたらす保持部材との間に隙間を設けることにより、不感帯を機構的に作ったため、電気的な処理を施す必要がなく、安定した性能と、安価な装置を実現できる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明のジョイスティック装置の全体を示す斜視図
【図２】操作部材と丸棒状の弾性体の関係を説明するための断面図（操作部材が復帰位置にある場合）
【図３】操作部材と丸棒状の弾性体の関係を説明するための断面図（操作部材と丸棒状の弾性体が接触した場合）
【図４】操作部材と丸棒状の弾性体の関係を説明するための断面図（操作部材が丸棒状の弾性体に曲げ変形をもたらす場合）
【図５】丸棒状の弾性体が曲げ変形する場合の薄板と変位センサーの関係を示す正面図
【図６】操作部材と丸棒状の弾性体の間に緩衝材を入れた実施例を示す断面図
【図７】操作部材と丸棒状の弾性体の間に緩衝材を入れた他の実施例を示す断面図
【符号の説明】
【００２９】      １  操作部材
３  傾斜検出手段
５  復帰手段
７  球面軸受け
９  球面軸受けの中心
１１  中心軸
１３  側板
１５  復帰用ばね
１７  復帰用リング
１９  丸棒状の弾性体
２１  薄板
２３  変位センサ
２５  底板
２７  ボス
２９  穴
３１  自由端
３３  隙間
３５  発光素子
３７  受光素子
３９  高分子材料
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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